В условиях нарастающего накопления фосфогипса как крупнотоннажного техногенного отхода целью исследования являлась разработка ангидритового вяжущего на основе термоактивированного фосфогипса и оценка эффективности иммобилизации тяжелых металлов и естественных радионуклидов в его матрице с верификацией экологической безопасности. Для получения ангидритового цемента фосфогипс подвергали обжигу при 700-900 °C с последующим помолом и модификацией CaO и K2SO4; структура и фазовый состав композитов изучались методами РФА, СЭМ/ЭДС, ртутной порометрии, радиационные характеристики – гамма-спектрометрией, выщелачиваемость свинца, кадмия, мышьяка и цинка – динамическими и статическими тестами с атомно-абсорбционной спектрометрией, физико-механические свойства – стандартными испытаниями образцов 40×40×160 мм, статистическая обработка проводилась по плану эксперимента. Установлено, что комплексно модифицированный состав В формирует уплотненную структуру с плотностью около 2100 кг/м³, пределом прочности при сжатии 34,15 МПа, коэффициентом размягчения 0,81 и сниженной открытой пористостью (7,45%), что обеспечивает уменьшение диффузионной проницаемости. Эффективная удельная активность естественных радионуклидов для оптимального состава (Aэфф ≈ 406 Бк/кг) соответствует II классу материалов и допускает их применение в промышленном и дорожно-гражданском строительстве. Концентрации Pb, Cd, As и Zn в водной вытяжке значительно ниже предельно допустимых значений, степень иммобилизации достигает 78-87%, а остаточные содержания токсикантов не создают экологических рисков при эксплуатации. Обнаружена нелинейная обратная зависимость между открытой пористостью и степенью иммобилизации, подтверждающая доминирование диффузионно-барьерного механизма удерживания поллютантов в ангидритовой матрице. Обсуждается, что использование модифицированного фосфогипса в ангидритовых вяжущих позволяет одновременно решить задачи утилизации опасного отхода, получения конструкционных материалов средней прочности и снижения антропогенной нагрузки в регионах с развитой химической промышленностью.
Under the conditions of increasing accumulation of phosphogypsum as a large-tonnage industrial waste, the aim of this study was to develop an anhydrite binder based on thermoactivated phosphogypsum and to assess the efficiency of immobilization of heavy metals and natural radionuclides in its matrix with verification of environmental safety. To obtain anhydrite cement, phosphogypsum was calcined at 700-900 °C, followed by grinding and modification with CaO and K2SO4; the structure and phase composition of the composites were studied by XRD, SEM/EDS, and mercury porosimetry; radiation characteristics were analyzed by gamma spectrometry; leachability of lead, cadmium, arsenic, and zinc was determined by dynamic and static tests using atomic absorption spectrometry; physical and mechanical properties were measured by standard tests of 40×40×160 mm samples, with statistical processing performed according to the experimental design. It was established that the comprehensively modified composition B forms a densified structure with a density of about 2100 kg/m³, compressive strength of 34,15 MPa, softening coefficient of 0.81, and reduced open porosity (7,45%), ensuring decreased diffusion permeability. The effective specific activity of natural radionuclides for the optimal composition (Aeff ≈ 406 Bq/kg) corresponds to class II materials and allows their use in industrial and road–civil construction. The concentrations of Pb, Cd, As and Zn in the aqueous extract are significantly below permissible limits, the immobilization degree reaches 78-87%, and residual toxicant contents do not pose environmental risks during operation. A nonlinear inverse relationship was found between open porosity and immobilization degree, confirming the dominance of the diffusion-barrier retention mechanism of pollutants in the anhydrite matrix. It is discussed that the use of modified phosphogypsum in anhydrite binders makes it possible to simultaneously address the issues of hazardous waste utilization, production of medium-strength construction materials, and reduction of anthropogenic load in regions with developed chemical industry.